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Auteur(s)
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Antoine HIRTH : Docteur en Sciences Physiques - Responsable du groupe Optronique et Physique du laser à l’Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis
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Lire l’articleINTRODUCTION
Parmi les sources lasers, ce sont celles basées sur les matériaux solides qui connaissent aujourd’hui les développements les plus spectaculaires. Les progrès réalisés sont dus principalement à trois facteurs :
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le développement de nouveaux matériaux issus de la cristallogénèse de nouvelles matrices cristallines avec différents dopants ;
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le pompage par diodes lasers qui permet par rapport au pompage en lumière incohérente par lampes d’obtenir des rendements élevés (jusqu’à 20 %), une durée de vie accrue et un encombrement réduit ;
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la mise en œuvre des propriétés non linéaires de certains cristaux qui permettent de modifier les longueurs d’onde fondamentales émises de façon à couvrir tout le spectre depuis l’UV jusqu’à l’IR moyen (200 nm à 12 µm).
Les différentes techniques de mise en forme temporelle des émissions lasers (modulation, déclenchement et couplage de modes) appliquées aux sources solides permettent d’obtenir tous les modes de fonctionnement souhaités : fonctionnement en régime continu ou pulsé répétitif à haute cadence avec des durées d’impulsion de l’ordre de la femtoseconde (10 –15 s).
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1. Lasers à solides cristallins
1.1 Matériaux
1.1.1 Systèmes à trois niveaux
La transition laser a lieu entre les niveaux d’énergie E 1 et le niveau fondamental E 0. La durée de vie du niveau supérieur E 2 dans lequel on apporte l’énergie de pompage est très courte de sorte que la densité de population N 2 soit » 0.
On peut donc écrire que les ions dopants du matériau sont répartis entre E 0 et E 1. L’inversion de population est atteinte lorsque :
avec N T densité totale d’ions dopants.
La densité de puissance de la source de pompage doit donc être au moins de :
pour atteindre le seuil d’inversion, τ 1 étant la durée de vie du niveau E 1.
pour le rubis E 1 = 2,86.10 –19 J (E 2 » 2 E 1)
N T = 1,58.1019 cm –3 (0,05 % Cr3+ en poids)
τ 1 = 3.10 –3 s
Ps = 1,5 kW/cm3
Le rubis est l’exemple type de matériau laser solide à trois niveaux. Dans la matrice Al203, un faible pourcentage d’ions Al3+ est remplacé par des ions Cr3+.
Ce cristal uniaxe, à maille cristalline rhomboédrique est produit de façon synthétique par la technique Czochralski ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KOKTA (M.R.) - Growth of Crystals for Solid State Lasers. - Springer Verlag. Tunable solid state lasers p. 105, 1985.
-
(2) - KAMINSKI (A.A.) - Laser Crystals. - Springer Series in optical sciences, vol. 14, 1981.
-
(3) - KOECHNER (W.) - Solid-State Laser Engineering. - Springer series in optical sciences, vol. 1, 1996.
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